• 제목/요약/키워드: PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)

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작동조건을 고려한 자동차용 PEM 연료전지 시스템 성능 시뮬레이션 (1) (The Simulation of PEMFC System Performance for Automotive Application (1))

  • 방정환;김한상;이동훈;민경덕;김민수;조영만
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2003년도 추계학술대회
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    • pp.460-465
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    • 2003
  • The modeling of PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell system consisting of fuel cell stack and BOP (Balance of Plant) is presented in this paper. The effects of temperature, pressure (air, hydrogen), and humidity on the fuel cell system performance were mainly investigated using thermo-dynamical and electro-chemical equations. To understand the power distribution characteristics of fuel cell system, the effects of operating temperature and air pressure on maximum power and system power were also demonstrated. Through this study, we can get the basic insight into the fuel cell stack and BOP component sizing and it can be used effectively for the optimization of the practical fuel cell systems in purpose.

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모바일용 연료전지 개발 (The development of mobile fuel cell)

  • 이강인;박민수;조용훈;조윤환;성영은;주종남
    • 한국정밀공학회:학술대회논문집
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    • 한국정밀공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.549-550
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    • 2006
  • Mobile fuel cell is highlighted in these days because mobile fuel cell can contain more energy than existing batteries. Nowadays mobile devices like cellular phone, PMP(portable multi-media player), notebook, and etc. need more energy, But existing batteries like Li-ion or Ni-MH batteries are not going to satisfy such demands. In this paper, mobile fuel cell is developed. Its size is 50*70*8mm and it is made of aluminium plates. The fuel cell type is PEM and the fuel is pure hydrogen and oxygen.

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건식법에 의해 제조한 PEMFC용 Pt/나피온 막의 흡습 특성 (Moisture Absorption Characteristics of Pt/Nafion Membrane for PEMFC Prepared by a Drying Process)

  • 이재영;이홍기
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제23권4호
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    • pp.310-315
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    • 2012
  • A simple drying process was developed for the preparation of a Pt/Nafion self-humidifying membrane to be used for a proton-exchange membrane fuel cell (PEMFC). Platinum (II) bis (acetylacetonate), $Pt(acac)_2$ was sublimed, penetrated into the surface of a Nafion film and then reduced to Pt nanoparticles simultaneously without any support of a reducing agent in a glass reactor at $180^{\circ}C$ for 15 min. The process was carried out in $N_2$ atmosphere to prevent the oxidation of Pt nanoparticles at high temperature. The morphology and distribution of the Pt nanoparticles were observed by transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS), and we found that the average Pt particle size was ca. 3.7 nm, the penetration depth was ca. $17{\mu}m$. Almost all Pt nanoparticles were formed just beneath the surface and the number density decreased rapidly as the penetration depth increased. To estimate water absorption characteristics of the Nafion membranes, water uptake at an isothermal condition was measured by dynamic vapor sorption (DVS), and it was found that water uptake of the Pt/Nafion membrane was higher than that of the neat Nafion membrane.

연료전지의 자가 가습 $Pt/TiO_2/Nafion$ 전해질막의 제조 (Preparation of $Pt/TiO_2/Nafion$ Electrolyte Membrane for Self-humidifying membrane of PEMFC)

  • 변정연;김효원;주민철;김화용
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.201-204
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    • 2007
  • A novel self-humidifying composite membrane for the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) at low humidity condition was developed. The $Pt/TiO_2 catalyst particles were synthesized via supercritical impregnation methods. Pt precursor was dissolved in supercritical carbon dioxide and impregnated onto $TiO_2$ particles. Pt precursors were platinum(II) acetylacetonate, Dimethyl(1,5-cyclooctadiene) platinum(II) and we controlled the ratio of Pt to $TiO_2$ The impregnated Pt precursor was converted to $TiO_2$ supported Pt nanoparticle under various reducing conditions. $TiO_2$ catalyst particles were dispersed uniformly into the Nafion solution, and then $Pt/TiO_2/Nafion$composite membrane was prepared using solution-cast method. The size, dispersion and content of the platinum had been characterized with Transmission Electron Micrograph (TEM), X-ray diffract ion (XRD) and Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometer (ICP-AES). The cell performance with the self-humidifying composite membrane was compared with a recast Nafion membrane under both humidified and dry conditions at 65 $^{\circ}C$.

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서로 다른 친수성구조를 가지는 고분자전해질 연료전지용 멀티블록형 술폰산화 폴리아릴렌에테르술폰 전해질막의 합성 및 특성 분석 (Synthesis and Characterization of Multi-Block Sulfonated Poly (Arylene Ether Sulfone) Polymer Membrane with Different Hydrophilic Moieties for PEMFC)

  • 육진옥;이소정;양태현;배병찬
    • 전기화학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.75-80
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    • 2015
  • 방향족 친핵성 치환반응을 이용하여 멀티블록형 sulfonated poly(arylene ether sulfone)(SPAES) 공중합체를 합성하였다. 서로 다른 말단(F- 또는 OH-말단)을 가지는 친수성 및 소수성 올리고머를 합성한 후 이를 이용하여 고분자 전해질 막을 합성하였다. 각기 다른 말단이 블록공중합체의 분자량에 미치는 영향을 분석하였고, 서로 다른 친수성구조가 블록고분자의 특성에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 합성된 멀티블록고분자는 70%이상의 습도에서 나피온 막과 비슷하거나 우수한 이온전도도를 나타내었고, 특히 SPAES 9의 경우 전습도 영역에서 SPAES 10보다 높은 이온전도도를 보였는데, 이는 친수성 블록내의 술폰산기의 부분 농도가 높아짐에 따라 친수성-소수성 간의 상분리가 발달되어 이온전도도가 향상된 것으로 보인다.

PBI 공중합체를 이용한 알카라인 연료전지용 음이온교환막의 합성과 이온전도특성 (Synthesis and Ion Conducting Properties of Anion Exchange Membranes Based on PBI Copolymers for Alkaline Fuel Cells)

  • 이동훈;김세종;남상용;김형준
    • 멤브레인
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    • 제20권3호
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    • pp.217-221
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    • 2010
  • 기존 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 단점을 극복하기 위해 고체전해질 알카라인연료전지(SAMFC)가 근래에 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 술폰화 폴리벤지이미다졸(PBI) 유도체를 이용하여 SAMFC용 막을 제조하였다. 술폰화 폴리벤지이미다졸 유도체는 KOH에 의해 쉽게 도핑되고 도핑된 막은 높은 $OH^-$의 전도도와 기계적 강도를 보였다. 특히 sPBI-co-PBI (술폰화 PBI : 비술폰화 PBI = 75 : 25)의 경우, $90^{\circ}C$ 100% 상대습도 하에서 $2.98{\times}10^{-2}\;S/cm$의 높은 $OH^-$의 전도도를 보였다.

Influence of the cathode catalyst layer thickness on the behaviour of an air breathing PEM fuel cell

  • Ferreira-Aparicio, Paloma;Chaparro, Antonio M.
    • Advances in Energy Research
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    • 제2권2호
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    • pp.73-84
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    • 2014
  • Fuel cells of proton exchange membrane type (PEMFC) working with hydrogen in the anode and ambient air in the cathode ('air breathing') have been prepared and characterized. The cells have been studied with variable thickness of the cathode catalyst layer ($L_{CL}$), maintaining constant the platinum and ionomer loads. Polarization curves and electrochemical active area measurements have been carried out. The polarization curves are analyzed in terms of a model for a flooded passive air breathing cathode. The analysis shows that $L_{CL}$ affects to electrochemical kinetics and mass transport processes inside the electrode, as reflected by two parameters of the polarization curves: the Tafel slope and the internal resistance. The observed decrease in Tafel slope with decreasing $L_{CL}$ shows improvements in the oxygen reduction kinetics which we attribute to changes in the catalyst layer structure. A decrease in the internal resistance with $L_{CL}$ is attributed to lower protonic resistance of thinner catalyst layers, although the observed decrease is lower than expected probably because the electronic conduction starts to be hindered by more hydrophilic character and thicker ionomer film.

화학적 가교를 이용한 Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxde)계 음이온 교환막의 제조 및 알칼리 연료전지용 특성평가 (Development of Anion Exchange Membrane based on Crosslinked Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) for Alkaline Fuel Cell Application)

  • 성승화;이보련;최욱;김태현
    • 멤브레인
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    • 제29권3호
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    • pp.173-182
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    • 2019
  • 화석연료 사용이 증가하면서 온실가스 및 대기오염가스 등의 환경오염 문제가 심각해졌다. 이를 해결하기 위한 신재생에너지, 친환경적인 대체에너지원을 찾기 위한 많은 연구가 이뤄지고 있다. 연료전지는 전기에너지를 발생하며 부산물로 물만이 생성되는 친환경 에너지 발생장치다. 특히, 전해질로 음이온 교환막을 사용하는 음이온 교환막 연료전지(Anion Exchange Membrane Fuel Cell)는 높은 촉매의 활성으로 양이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel cell)와 다르게 저가의 금속 촉매를 사용할 수 있는 장점 때문에 관심이 높아지고 있다. 음이온 교환막으로써 요구되는 주요 특성은 높은 이온($OH^-$) 전도도 및 높은 pH의 구동조건에서의 안정성이다. 본 연구에서는 PPO계 고분자의 화학적 가교 반응을 이용해 얻어진 가교형 고분자 막의 낮은 기계적인 특성과 치수 안정성을 높이기 위해 보다 높은 분자량을 갖는 고분자 사용과 함께 가교율 증대를 통해 보다 높은 이온 전도도와 기계적인 성질, 높은 화학적인 안정성뿐만 아니라 실제 연료전지 구동조건에서 높은 셀 성능을 갖는 AEMFC용 고분자 전해질 막을 개발했다.

고분자 전해질막 연료전지(PEMFCs)용 Sulfonated Graphene Oxide (sGO)/Nafion 복합막의 제조 및 특성분석 (Preparation and Characterizations of Sulfonated Graphene Oxide (sGO)/Nafion Composite Membranes for Polymer Electrolyte Fuel Cells)

  • 신문식;강문성;박진수
    • 멤브레인
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    • 제27권1호
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    • pp.53-59
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    • 2017
  • 본 연구에서는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질막의 성능향상을 위하여 sulfonated graphene oxide(sGO)와 Nafion을 이용하여 복합막을 개발하였다. sGO/Nafion 복합막 안의 sGO의 균일한 분산을 위해 각기 다른 용매를 사용한 sGO 분산액과 Nafion 현탁액을 혼합하여 복합막들을 제조하였다. 제조된 복합막들의 물성 및 전기화학적 특성을 평가하기 위해 SEM, FT-IR, 이온 전도도, 이온 교환 용량, 함수율, 열안정성 등을 수행하였다. 연구 결과 ODB와 DMAc 혼합 용매로 sGO를 분산하여 고분자 용액 내에서의 분산도를 향상시켰으며, 이 결과 11 wt%의 낮은 함수율에도 불구하고, $0.06Scm^{-1}$의 기존 연구와 유사한 이온 전도도를 나타내었다.

휴대전원용 직접알코올 연료전지의 OCV특성 연구 (Operating Characteristics on Coupling of Fuel-Cell System with Natural Gas Reformer)

  • 박세준;최용성;이경섭
    • 전기학회논문지P
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    • 제58권4호
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    • pp.592-596
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    • 2009
  • DAFC(direct alcohol fuel cell) takes the same structure and operational principle with PEMFC(Proton exchange membrane fuel cell). However, DAFC, which uses liquid alcohol instead of hydrogen as fuel, is able to be used as a portable power for small-scaled electronic devices such as MP3, PMP, and mobile phone because alcohol is quite convenient steady-state compound to carry and store it. This paper presents the OCV(open circuit voltage) characteristics of the cases which are alcohol species and different weight rate of ethanol, respectively. The OCV of methanol fuel cell is slightly higher 0.2V than ethanol one, and 8% wt. rate ethanol is rated as the most appropriate fuel for DAFC.